压力调节锥阀开启过程振动特性研究_闵为.pdf

振 动 与 冲 击 第 39 卷第 18 期J O U R N A LO FV I B R A T I O NA N DSH O C KV o l . 39 N o . 18 2020 基金项目 国家自然科学基金（51565027；51465033）；国家重点基础研究 发展计划 （2016Y F C 0304801） 收稿日期 2019 - 05 - 20 修改稿收到日期 2019 - 06 - 19 第一作者 闵为 男，博士，副教授，1978 年生 压力调节锥阀开启过程振动特性研究 闵 为1， 王 东1， 郑 直1， 欧培伟1， 冀 宏1， 王煜搏2 （1.兰州理工大学 能源与动力工程学院，兰州 730050； 2.兰州工业学院 机电工程学院，兰州 730050） 摘 要压力调节锥阀开启调节过程的阀芯振动直接影响着系统的压力波动幅值和响应速度，通过实验获得了阀 芯运动位移和系统压力波动曲线，研究了不同阀芯和阀体结构条件下锥阀开启过程的阀芯振动特性和系统激励因素。结 果表明压力调节锥阀开启调节过程中阀芯的振动状态与阀芯结构、流量及开启压力等因素密切相关；另外，在带阻尼孔 的锥阀中，相同流量和压力条件下，球头阀芯较平头阀芯更容易出现超调振动现象；研究还发现，压力调节锥阀开启调节 过程中阀芯的振动是由管路系统与模型锥阀的耦合共振引起的。 关键词压力调节锥阀；开启过程；振动；激励 中图分类号 T H 137. 52 文献标志码 AD O I 10. 13465/ j . c nki . j v s . 2020. 18. 024 V i b r at i onc h ar ac t e r i s t i c s of a p r e s s u r er e gu l at i n g p op p e t val ved u r i n g op e n i n g p r oc e s s M I NW e i 1， W A N GD o ng1， Z H E N GZ hi1， O UP e i w e i1， J I H o ng1， W A N GY ub o2 （1.Sc ho o l o f E ne r g ya nd P o w e r E ng i ne e r i ng ， L a nz ho u U ni v e r s i t yo f T e c hno l o g y ， L a nz ho u 730050， C hi na ； 2.Sc ho o l o f M e c ha ni c a l a nd E l e c t r i c a l E ng i ne e r i ng ， L a nz ho u I ns t i t ut eo f T e c hno l o g y ， L a nz ho u 730050， C hi na ） A b s t r ac t D ur i ngt heo pe ni nga dj us t m e nt pr o c e s so f apr e s s ur er e g ul a t i ngpo ppe t v a l v e ， t hepo ppe t v i br a t i o n di r e c t l ya f f e c t s t he pr e s s ur e f l uc t ua t i o n a m pl i t ude a nd t he r e s po ns e t i m e o f t he s y s t e m .T he di s pl a c e m e nt o f t he po ppe t a nd t hepr e s s ur ef l uc t ua t i o n o f t hes y s t e mw e r eo bt a i ne d t hr o ug h e x pe r i m e nt s ， unde r di f f e r e nt po ppe t a nd v a l v ebo dys t r uc t ur e c o ndi t i o ns .T he c ha r a c t e r i s t i c s o f po ppe t v i br a t i o n a nd e x c i t a t i o n f a c t o r s o f t he s y s t e mw e r e s t udi e d dur i ng po ppe t o pe ni ng pr o c e s s .T hei nv e s t i g a t i o n i ndi c a t e st ha tdur i ngt hea dj us t m e ntpr o c e s so ft hepr e s s ur er e g ul a t i ngpo ppe tv a l v e ， t he v i br a t i o n s t a t eo f t hepo ppe t i sc l o s e l yr e l a t e d t ot hes t r uc t ur e ， f l o wr a t ea nd pr e s s ur e .B e s i de s ， f o r po ppe t v a l v ew i t h o r i f i c e ， unde r t hes a m ef l o wr a t ea nd pr e s s ur ec o ndi t i o ns ， t hes phe r i c a l he a d po ppe t i sm o r epr o net obe ha v ea sa n o v e r s ho o t v i br a t i nge l e m e nt t ha n t hef l a t he a d po ppe t .I t i sa l s of o und t ha t t hev i br a t i o n o f t hepo ppe t i sc a us e d byt he c o upl i ngr e s o na nc ebe t w e e n t hepi pi ngs y s t e ma nd t hem o de l po ppe t v a l v e . K e y w or d s pr e s s ur er e g ul a t i ngpo ppe t v a l v e ； o pe ni ngpr o c e s s ； v i br a t i o n； e x c i t a t i o n 在液压系统中，锥阀是压力调节阀中常用的阀结 构形式之一，其结构简单，具有较好的密封性能，既可 作为直动式压力调节阀调节系统压力，也可作为多级 压力调节阀的导阀使用。锥阀主要由阀芯、阀座和弹 簧构成，其压力调节过程实际上阀芯在流场作用力与 弹簧力作用下的动态平衡过程。在液压系统中，流场 的非定常性激励因素总是客观存在，使得锥阀阀芯在 工作过程中常处于振动状态，而该状态会引起系统压 力产生不同程度的波动［1］。极端条件下表现为伴随尖 锐噪声的高频大幅失稳振动［2］，对液压系统的工作稳 定性产生极为不利的影响，甚至会引发安全事故。 锥阀是由阀芯-弹簧构成的弹簧质量振动系统， 作为液压系统中的一个元件，其开启时的调节过程不 可能是在某一瞬态激励作用下的自由振动，而必然是 流场持续激励下的受迫振动。锥阀的开启调节过程直 接影响着液压系统的压力波动幅值和响应速度，因此， 研究液压锥阀开启调节过程中的阀芯振动过程及其影 响因素具有重要意义。 国内外学者对锥阀开启调节过程中阀芯振动特性 进行了大量研究，G r e e n［3］通过实验研究得出阀口处 流动从层流到紊流的转捩过程、液压泵的流量脉动以 及液压系统中元件与压力调节阀之间的耦合都可引起 阀芯开启过程中的振动；闵为等［4］通过流固耦合仿真 计算得出阀芯表面射流冲击区与静压区液压力波动 的相位特性对其轴向振动幅值具有重要影响；陈伦军 等［5］通过对先导级锥阀建立等效单自由度振动模型， 结合M a t l a b软件仿真得出弹簧刚度、阀芯半锥角以及 ChaoXing 阻尼系数对锥阀开启特性有重要影响；洪威等［6］研究 了一种新型溢流阀的开启特性，并通过A m e s i m对使用 该阀的液压系统进行了整体建模仿真分析，结果表明 阀座直径、弹簧刚度、阀芯半锥角对锥阀动态特性有较 大影响；李光飞等［7］通过仿真与实验研究了阶跃信号 下液动力对阀芯位移的影响，结果表明在锥阀开启调 节过程中，瞬态液动力对阀芯位移起阻尼作用；M i s r a ［8］ 和M o us s o u［9］在考虑溢流阀进出口管路特性和流体可 压缩性的基础上，计算了锥阀阀芯的流固耦合振动过 程，研究结果表明在动态情况下，阀芯位移与液压力 间的相位差会对阀芯运动产生负阻尼作用，而该作用 会导致锥阀阀芯在轴向运动过程中出现自激失稳振动 现象。 除以上研究外，学者们在实验与应用中还发现液 压管路系统对锥阀工作特性有不可忽视的影响，B a z s o 等［10］针对锥阀阀芯的失稳振动现象进行了实验，结果 表明锥阀阀芯的失稳振动频率与进口管道本征频率 相近，并指出液压系统中管道本征频率是导致锥阀阀 芯失稳振动的原因之一；Wa ndl i ng等［11］从锥阀结构以 及出口管路的长度等方面分析了最易引起阀芯轴向振 动的原因，结果表明锥阀的弹簧动力学特性与出口管 路长度对阀芯轴向振动幅值的影响远大于阀腔容积的 影响；K a s a i ［12］研究了进出口管路对锥阀工作稳定性的 影响，结果表明当进口管路较短时，稳定性会受泵源 流量脉动的影响，当出口管路较长时，阀芯的稳定性随 着出口管路的延长而降低，且无法消除；韩涛等［13］基于 “直曲组集算法”对复杂液压管路固有频率进行了分 析，提出可用于“Z ”型布局液压管路的优化设计计算 拟合公式。 从上述研究结论可知，锥阀的动态响应过程与阀 本身的结构参数以及实验系统有着密切关系。本文针 对先导级压力调节锥阀，采用实验方法对压力调节锥 阀开启调节过程中阀芯的振荡现象进行了研究。 1 锥阀开启过程动态特性理论分析 针对带阻尼孔结构的锥阀实验模型，可建立其数 学模型，阀芯轴向运动的动力学方程为 A p c-k1（x0 x ） -k sx pcmd 2x dt 2 Bdx dt （1） 式中A为阀芯有效面积，m 2；p c为阀腔压力，P a ；k1 为 弹簧刚度，N/ m ；x 0 为弹簧预压缩量，m ；x为阀芯轴向 位移，m ；m为阀芯质量，kg ；k s为液动力系数，其值为 C dCvπ ds i n 2α ，其中，Cd 为阀口流量系数，C v为阀口流 速系数 ，α 为阀芯半锥角；B为阀芯运动阻尼系数。 阀腔流量方程为 Q c V c E dp c dtA dx dt （2） 式中Q c为单位时间内阀腔油液的体积变化率，m 3 / s ； V c为阀腔体积，m 3；E为阀腔油液体积弹性模量，P a 。 阀口流量方程为 Q s-QcCdπ dxs i n α 2p c ■ ρ （3） 式中Q s为阻尼孔进口流量，m 3 / s ； ρ为油液密度， kg / m 3。 对式（1）进行拉氏变换得 A p c-（k1 k sρc 0）xm x s 2 B x s（4） 可令k d k spc 0为液动力的当量弹簧刚度，故式 （4）可写为 A p cm x s 2 B x s （k 1 k d）x （5） Q s- V c E p cs -A x skqxkcpc （6） 式中k q为阀口流量增益，其值为Cdπ ds i n α 2p c 0 ■ρ ；k c 为阀口流量压力系数，其值为C dπ dx s i n α 1 2p c 0 ■ ρ 。 由式（5）和式（6）可得该锥阀的开环传递函数为 G （s ） k qA k c（k1 k d） A k s s 1 s ω v 1 s 2 ω 2 m 2δ m ω ms 1 （7） 式中 ω v为受控压力腔的转折频率，其值为 E k c V c ；ω m为 弹簧刚度与液动力刚度构成的阀芯固有频率，其值为 k 1 kd ■m ；δ m为阀芯阻尼系数，其值为 B 2m （k 1 kd ■ ） 。 由于ω v和kq/ A的值很高，或者As/ kq 1的超前 有效的抵消了s / ω v 1的滞后，故锥阀开环传递函数主 要由二阶振荡环节ω m决定，而ωm中的kd受压力调节 锥阀的稳态工作点、流量系数和流速系数等参数的影 响。由于锥阀阻尼系数δ m较小，故在瞬态激励的信号 下，锥阀的开启过程通常表现为欠阻尼的超调振荡现 象，而阀芯的轴向振动频率应为由弹簧刚度与液动力 刚度共同作用下的固有频率。 2 锥阀开启调节过程的实验研究 实验所用液压系统如图1所示。 电机驱动定量泵（1）提供14 L / m i n的流量；实验 模型阀芯（17）通过连接杆与L V D T位移传感器（21）的 动感铁芯相连，用于测阀芯轴向位移，位移传感器测量 范围是- 5 ～ 5 m m ，精度为满量程的0. 5；锥阀进出 口压力与阀腔压力分别由（15）、（16）和（22）三个压力 传感器测量；通过模型的流量由流量计（23）测量，其测 量范围为0. 5 ～ 5 L / m i n，测量精度为满量程的0. 5； 281振 动 与 冲 击 2020年第39卷 ChaoXing 实验中压力、位移数据通过同步数据采集仪（26）采集， 采样周期为0. 1 m s 。实验系统采用46无色抗磨液压 油，液压管路为冷拔无缝钢管，采用特制调压垫片（19） 来调节锥阀模型的弹簧预压缩量，实验时，将回油节流 阀（9）调至最大开口以后开启泵站，逐步调节供油节流 阀（10），使流经实验模型的流量以0. 2 L / m i n为间隔逐 步增加，具体实验参数如表1所示。实验过程中，先启 动数据采集仪（26），然后使换向阀（8）换向，直至阀芯 达到稳定状态以后结束数据采集，以完整记录锥阀开 启调节过程。 1 -定量泵；2 -油箱；3、11、12 -压力表；4 -安全阀；5、8 -电 磁换向阀；6 -单向阀；7 -溢流阀；9、10 -节流阀； 13 -回油 过滤器；14 -温度计；15、16、22 -压力传感器；17 -阀芯； 18 -弹簧；19 -调压垫片；20 -有机玻璃阀体（可更换为无阻 尼孔模型）；21 -L V D T位移传感器； 23 -涡轮流量计； 24 -高速摄像机；25 -移动工作站；26 -同步数据采集仪 图1 实验原理图 F i g . 1 E x pe r i m e nt a l s c he m a t i c 表1 实验参数 T ab . 1 E xp e r i me n t al p ar ame t e r s 参数参数值 阀芯半锥角α / （ ）10 阀芯质量m/ g13. 6 弹簧刚度k / （N m m- 1）21、51 阀座直径d2/ m m4. 0 弹簧垫片厚度h/ m m1. 0、1. 6 阻尼孔直径dz/ m m1. 2 阻尼孔长度l z/ m m 10. 0 流量Q/ （Lm m- 1）0. 6 ～ 2. 6 回油背压P b/ ba r 0 油温T / ℃24 4 模型锥阀阀体采用带阻尼孔、不带阻尼孔两种结 构，如图2所示。其中Y为带阻尼孔结构锥阀，N为不 带阻尼孔结构锥阀。 模型锥阀阀芯结构如图3所示，其中F为平头阀 芯，B为球头阀芯。 27 -弹簧；28 -阀芯；29 -阀体；30 -测压容腔；31 -阻尼孔 图2 锥阀结构图 F i g . 2 P o ppe t v a l v es t r uc t ur e 图3 阀芯结构图 F i g . 3 P o ppe t s t r uc t ur e 实验编号如下所示 Y （N ） - S21（51） - F （B ）1. 0 - 2. 0 式中Y和N分别为带阻尼孔的阀体和无阻尼孔的阀 体；S21和S51分别为实验用的弹簧刚度为21 N/ m m 和51 N/ m m ；F和B分别为平头阀芯和球头阀芯；1. 0 为 调 压 垫 片 厚 度 为1. 0 m m ； 2.0为 实 验 流 量 为2. 0 L / m i n。 3 锥阀动态特性的实验结果分析 3. 1 带阻尼孔锥阀调节过程阀芯轴向振动特性 由于锥阀的开启过程是在流场持续激励作用下的 动态调节过程，故阀芯的振动为典型的受迫振动。图4、 图5、图6、图7分别为带阻尼孔结构的锥阀在不同阀芯 结构、不同流量条件下的阀芯开启位移曲线。从图4 ～ 图7可知在较小流量（1. 2 L / m i n）情况下，除编号为Y - S21- B 1. 0- 1. 2的实验外，其余实验均呈现过阻尼特性的 无超调现象；在较大流量（2. 0 L / m i n）下，所有实验过程 均呈现欠阻尼特性的超调现象，接下来结合图4 ～图7 及所有实验情况（如表2和表3）进行综合分析。 表2 垫片厚度为1. 0 mm时阀芯开启的调节过程 T ab . 2 A d j u s t me n t of p op p e t op e n i n g w h e ngas k e t t h i c k n e s s i s 1. 0 mm 流量/ （L m m- 1） 0. 6 0. 8 1. 0 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2. 0 2. 2 2. 4 2. 6 Y - S21- F 1. 0√√√√√√√ Y - S21- B . 0√√√√√√√√√√√ Y - S51- F . 0 Y - S51- B . 0 注 为阀芯无超调； √为有超调； 为无实验数据。 381第18期 闵为等压力调节锥阀开启过程振动特性研究 ChaoXing 图4 阀芯位移曲线 （Y - S21- F 1. 0） F i g . 4 P o ppe t di s pl a c e m e nt c ur v e （Y - S21- F 1. 0） 图5 阀芯位移曲线 （Y - S51- F 1. 0） F i g . 5 P o ppe t di s pl a c e m e nt c ur v e （Y - S51- F 1. 0） 图6 阀芯位移曲线 （Y - S21- B 1. 0） F i g . 6 P o ppe t di s pl a c e m e nt c ur v e （Y - S21- B 1. 0） 图7 阀芯位移曲线 （Y - S51- B 1. 0） F i g . 7 P o ppe t di s pl a c e m e nt c ur v e （Y - S51- B 1. 0） 表3 垫片厚度为1. 6 mm时阀芯开启的调节过程 T ab . 3 A d j u s t me n t of p op p e t op e n i n g w h e ngas k e t t h i c k n e s s i s 1. 6 mm 流量/ （L m m- 1） 0. 6 0. 8 1. 0 1. 2 1. 4 1. 6 1. 8 2. 0 2. 2 2. 4 2. 6 Y - S21- F 1. 0√√√√√√√√√ Y - S21- B . 0√√√√√√√√√√√ Y - S51- F . 0 Y - S51- B . 0√√√√ 注 为阀芯无超调； √为有超调； 为无实验数据。 对于平头阀芯，在锥阀开启调节过程中，从表2和 表3可知，弹簧刚度为21 N/ m m时，小流量条件下无超 调现象，但随流量增大，阀芯先后出现了超调振荡；在 弹簧刚度为51 N/ m m时，由于相同预压缩量下弹簧产 生的弹性力增大，锥阀开启过程中阀芯振荡呈明显的 过阻尼特性，主要原因为在同等压力而流量较小或同 等流量而压力较高的情况下，管道液容对流量阶跃信 号的缓冲作用延缓了锥阀的开启过程，使阀芯在振荡 过程中较易体现为过阻尼的特征。 对于球头阀芯，从表2和表3中可以看出，在小流 量条件下弹簧刚度为21 N/ m m时，锥阀开启过程均表 现为超调现象。从表3可知，在小流量条件下在弹簧 刚度为51 N/ m m 、垫片厚度为1. 6 m m时，球头阀芯锥 阀开启过程均表现为超调振荡，这一点与平头阀芯锥 阀有明显区别。 在相同垫片厚度条件下对比平头阀芯和球头阀 芯在弹簧刚度为21 N/ m m时，球头阀芯始终表现为超 调振荡；由此可得随着阀腔压力逐渐增大，球头阀芯 总比平头阀芯先出现超调振荡，这是因为球头阀芯表 面所受的阻尼孔淹没射流冲击力较弱［14］，因此球头阀 芯在轴向运动过程中的动态阻尼明显减小，从而在开 启调节过程中，阀芯更易表现为超调现象。 3. 2 锥阀开启调节过程中阀芯的轴向振动频率 图8和图9分别为实验时带阻尼孔和无阻尼孔两 种锥阀开启调节过程中阀芯轴向振动频率。 误差说明因采集卡采集频率及频谱分析过程中不 可避免地会存在一些误差，如采集频率为5 000次/ s ，锥 阀开启过程中数据量相对较少，故图8和图9中显示的 阀芯振动频率存在误差，但在合理范围内，不影响对锥阀 开启过程中阀芯轴向振动频率的分析。 图8 开启过程阀芯轴向振动频率（带阻尼孔） F i g . 8 A x i a l v i br a t i o n f r e que nc yo f po ppe t dur i ng o pe ni ng（w i t h o r i f i c e ） 图9 开启过程阀芯轴向振动频率（无阻尼孔） F i g . 9 A x i a l v i br a t i o n f r e que nc yo f po ppe t dur i ng o pe ni ng（w i t ho ut o r i f i c e ） 在不考虑液动力刚度的条件下，阀芯弹簧振动系 统在瞬态激励作用下的振动频率为其固有频率，由于 锥阀中弹簧刚度不同，锥阀内部阀芯-弹簧质量系统 的固有频率也不同，本实验中不同弹簧刚度下的两种 模型锥阀的固有频率分别为 ω 1 1 2π k 1 ■ m 185 H z（8） ω 2 1 2π k 2 ■ m 288 H z（9） 481振 动 与 冲 击 2020年第39卷 ChaoXing 通过对比得出，两者相差1. 56倍。在这种情况 下，即使考虑液动力刚度，两者的固有频率仍会存在明 显差距。 从图8和图9可以看出带阻尼孔锥阀开启过程 中阀芯轴向振动频率基本维持在250 ～ 280 H z ；无阻尼 孔锥阀开启过程中阀芯的轴向振动频率基本维持在 255 ～ 285 H z ，二者无太大差距。尤其是在不同弹簧刚 度下，锥阀开启过程中阀芯的轴向振动频率仍具有相 对稳定的频率范围。故可推断，锥阀开启调节过程中 阀芯的轴向振动是由液压系统内的流场持续激励作用 下所引起的受迫振动，与锥阀固有频率无关。 4 液压系统内激励因素分析 实验系统由泵站、管路和实验模型组成，故从泵站 和管路系统两方面来分析。通常液压泵具有周期性的 流量脉动特性，除此之外，模型锥阀开启调节过程中阀 芯振动会导致阀腔内出现压力波动，该压力波在进口 管路中以声速传播至泵站供油口处，此传播过程会对 管路产生强迫振动，并与模型锥阀产生耦合振动。因 此在研究液压系统内激励因素时，液压泵自身流量脉 动属性和管路系统本征频率必须予以考虑。 图10 实验用齿轮泵供油压力脉动频谱图 F i g . 10 F r e que nc ys pe c t r umo f g e a r pum p 4. 1 液压泵站系统供油压力脉动 在本实验中供油泵站采用贺德克公司P G E 102系 列内啮合齿轮泵。为测液压泵的流量（压力）脉动频 率，将电磁换向阀（8）置于中位，使齿轮泵所供油液全 部经由溢流阀（7）流回油箱，测得溢流阀（7）前端压力 的频率如图10所示，可得齿轮泵的流量（压力）脉动基 频为297 H z ，与实验测得的锥阀开启时阀芯调谐振动 频率（250 ～ 285 H z ）有明显差距。 4. 2 液压管路系统本征频率 实验管路采用冷拔无缝钢管，其刚度较大，故计算 管路中的压力波传播速度（声速）时，只考虑油液的体 积弹性模量 c E ■ ρ （10） 式中c为压力波传播速度（声速），m/ s ；E为液压系统 管内油液体积弹性模量，取1 000 M P a ［15］；ρ 为液压油 密度，取852 kg / m 3。 将数据代入式（10）中计算得声速c为1 083 m/ s 。 同时，管路系统中的声速可通过实验直接测量使 图1中的电磁换向阀（5）带电，直动式溢流阀（4）处于 溢流状态，先导式溢流阀（7）作为安全阀使用；将电磁 换向阀（8）换向置于右位，调节节流阀（10）使模型锥阀 开启，启动数据采集仪（26）开始记录数据，关闭电磁换 向阀（8），压力传感器（15）监测到模型锥阀关闭时进口 的压力变化曲线如图11所示。从图11可知，电磁换 向阀（8）关闭后，锥阀进口压力迅速降低，但换向阀关 闭时间远大于压力波在管道内的传播时间，可以看出 在3. 4 s附近压力快速下降的过程中有两个比较明显 的压力反弹现象，这是因为压力波传递到电磁换向阀 （8）阀口处时阀口还未完全关闭，在该处产生的压力冲 击返回至模型锥阀处所致，此过程相当于不完全水击 现象。在3. 415 s以后，电磁换向阀（8）已完全关闭，压 力波在管道内多次反射传播，使模型锥阀进口处压力 形成比较规则的正弦波形，同时由于压力波传播过程 中的能量衰减，正弦波形的幅值不断减小，当压力波在 管道中衰减至一定程度后，采集到的压力信号在外部 振动和测试系统白噪声影响下呈现无规则微幅波动， 为避免外部环境和白噪声对测量信号的影响，只使用 3. 41 ～3. 43 s的压力数据，并对其进行傅里叶变换 （F a s t F o ur i e r T r a ns f o r m ， F F T ）可得锥阀关闭过程中管 道内压力波传递的频谱图，如图12所示。 图11 模型锥阀关闭时进口压力变化曲线 F i g . 11 I nl e t pr e s s ur ew he n po ppe t v a l v ei s c l o s e d 581第18期 闵为等压力调节锥阀开启过程振动特性研究 ChaoXing 图12 实验用液压管路内压力波频谱图 F i g . 12 Spe c t r umo f pr e s s ur ei n hy dr a ul i cpi pe l i ne 因该过程较短，用于频谱分析的数据较少，故图中 压力波频谱特性没有图10中那么明显，但足以说明管 道内压力波的传播频率为180 H z 。从图12可以看出， 管道内压力波的传播频率为180 H z ，即传播周期为 0. 005 6 s ，从锥阀阀口到电磁换向阀（8）之间的管道长 度l p1为2. 94 m ，可计算出管道内压力波的传播速度为 c2 l pl T pl 2 2. 94 0. 005 6 1 050 m/ s（11） 管内声速实测结果与理论计算结果基本一致。 实验模型进口管路的本征频率可用式（12）计算 ω p c l p （12） 式中 ω p为管路本征脉动频率， H z ； lp 为实验模型锥 阀到泵站溢流阀之间的管道长度，3. 88 m 。 可得管路本征脉动频率ω p为271 H z ，由于管路中 压力波传播速度受油液体积弹性模量的影响较大，而 体积弹性模量受油液温度、含气量等因素的影响，因此 管路的本征频率会在一定范围内波动，对比图8和图9 中阀芯的振动频率可以推测，调节过程中的阀芯振动 应是模型锥阀与管路系统的耦合共振。 图13为模型锥阀开启时的进口压力频谱图，从图 13可知，模型锥阀开启时其进口压力波动的频率为 263 H z 。图14为模型锥阀开启时的阀口开度变化频谱 图。从图14可知，模型锥阀开启时其阀口开度变化频 率为263 H z ，与进口压力波动频率一致。 图13 模型锥阀进口压力频谱图（N - S21- B 1. 0- 1. 6） F i g . 13 I nl e t pr e s s ur e s pe c t r umo f po ppe t v a l v e （N - S21- B 1. 0- 1. 6） 图14 模型锥阀阀口开度变化频谱图（N - S21- B 1. 0- 1. 6） F i g . 14 Spe c t r umdi a g r a mo f v a l v eo pe ni ng（N - S21- B 1. 0- 1. 6） 图15为模型锥阀开启时溢流阀（7）进口压力波动 频谱图，从图15可知，溢流阀的振动频率有263 H z和 297 H z两个成分，说明模型锥阀的振动和泵站的流量 （压力）脉动均引起了溢流阀进口压力的波动。 结合图13、图14、图15的频谱特性，可以确定模型 锥阀开启调节过程中的阀芯振动是模型锥阀与管路系 统耦合共振的结果。 图15 溢流阀（7）进口压力频谱图（N - S21- B 1. 0- 1. 6） F i g . 15 I nl e t pr e s s ur es pe c t r umo f r e l i e f v a l v e （7） （N - S21- B 1. 0- 1. 6） 5 结 论 通过对压力调节锥阀开启过程阀芯的振动特性进 行研究，得出了以下主要结论 （1）在带阻尼孔结构的锥阀中，锥阀开启调节过程 中阀芯的振动状态与阀芯结构有关，相同流量和压力 条件下，球头阀芯较之于平头阀芯更容易出现超调振 荡现象。 （2）锥阀开启调节过程中阀芯的振动是由管路系 统与模型锥阀的耦合振动引起的。 参 考 文 献 ［ 1 ］任玉婷.浅析溢流阀高频噪声的产生原因及其控制［J ］. 液压与气动，2001，7 34 - 35. 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